CN109536955B - 采用激光同轴同步送粉法熔覆模具修复工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种采用激光同轴同步送粉法熔覆模具修复工艺。本发明通过导入模具修复区的模型数据，利用计算机编程规划修复路径，采用激光熔覆同轴同步送粉熔覆的方式可对模具进行精确的修复，可实现自动化生产且修复后可直接上线使用，修复品可达到新品性能的80％大大缩短了修复周期和降低了维护成本；采用激光同轴同步送粉法熔覆模具修复工艺，激光本身能量稳定，对基材热影响区较小又是清洁加工环保，而且熔覆修复层组织细密，微观缺陷少零件修复后不会产生变形，解决了许多常规方法无法加工和很难加工的问题，可对工件的实现快速修复易实现自动化极大地提高了生产效率和加工质量。
Description
技术领域
本发明涉及金属冶金、模具加工及激光熔覆技术领域，具体涉及一种采用激光同轴同步送粉法熔覆模具修复工艺。
背景技术
20世纪80年代以来，我国模具工业发展迅速，根据我国模具业协会经营管理委员会编制的《全国模具专业厂基本情况》统计，我国模具需求量以15％以上的速度增长，高于国内GDP平均增值一倍多，发展十分活跃。目前我国热作模具存在的主要问题是寿命较低，基本上使用一个月后就要检修这也是我国目前无法与先进模具工业国家竞争的一个主要原因。
传统的模具修复技术有焊接、热喷涂、电火花沉积等，但是这些传统修复技术都存在一定的问题：其中焊接修复热输入量大，热影响区大易造成基体材料晶体粗大、模具变形量大；热喷涂修复技术其能量不集中，易畸变开裂，涂层材料与基材同时存在物理粘附和冶金结合，气孔率较高，均匀性较差；电火花沉积虽然与基体结合力好，但修复的厚度较薄且均匀性较差。
现有修复损坏模具的修复方式大多为电弧焊接的方法，虽然电弧焊接的修复具有成本较低、效率高、设备简单、操作便携等优点。但由于电弧焊接本身的特点，焊接后钢中的组织晶粒相对粗大力学性能较差不能很好的满足模具的使用要求除此之外电弧高的热输入量，基材的热影响区很大，模具在热应力的作用下易发生变形而修复后的模具需要重新做热处理才能上线使用。
发明内容
本发明的目的是提供一种采用激光同轴同步送粉法熔覆模具修复工艺，对损伤失效的模具型腔表面进行修复，所述修复的模具材质为5CrNiMo热作模具钢，包括如下步骤：
(a)对已失效的模具损坏情况进行评估，确定失效模具待修复区域；
(b)对待修复区域表面进行处理，采用机械加工的方式去除表面存在的氧化皮及疲劳层；
(c)对待修复区域进行第一次探伤，采用磁粉探伤和超声波无损探伤仪对待修复区域表面分别进行表面和内部探伤，若探伤结果显示无裂纹缺陷则进入下一步骤(d)否则重新执行步骤(a)；
(d)对待修复区域进行实体扫描或对待修复区域通过测量软件绘制建立三维模型；
(e)根据待修复区域三维模型使用Roobtmaster软件进行激光熔覆过程的扫描路径规划，并进行实际熔覆扫描路径模拟，避免修复过程中加工头出现干涉及碰撞等情况；
(f)对修复区域进行清洁包括除去表面探伤剂、耦合剂等残留物及浮锈，确保型腔表面清洁干燥；对熔覆修复所用铁基自熔性合金粉末进行烘干处理；待修模具工位固定后进行预热温度为400℃，达到此温度以上即可进行修复工作即执行下一步骤(g)；
(g)执行步骤(e)中已规划的熔覆修复扫描路径程序，以铁基自熔性合金粉末作为熔覆粉末，采用激光同轴同步送粉法对待修复区的型腔表面进行熔覆，其中激光加工参数为：激光功率为2100～2500W，激光光斑大小为3mm，送粉量为15～25g/min，激光扫描速度为10～12mm/s，粉末输送方式为气载式输送，载气量为6.0～9.0L/min，熔池保护气的气流量为10L/min，粉末汇聚点与光斑重合距加工头高度为30mm，多道搭接率为30～40％；
(h)修熔覆复结束后，将修复后模具放入保温箱内，让其缓冷至室温；
(i)对修复后模具表面进行机加处理达到图纸要求的尺寸及粗糙度；
(j)对机加处理后的模具型腔进行第二次探伤，采用磁粉探伤和超声波无损探伤仪对机加处理后的待修复区域分别进行表面和内部探伤，若探伤结果显示无裂纹缺陷则为合格品，否则重新返回执行步骤(a)。
优选的，铁基自熔性合金粉末粒径分布为50～150μm。
优选的，在步骤(g)中，执行程序通过机器人和变位机的联动操作，使激光熔覆加工头始终保持垂直于模具型腔面，加工头相对于基准面最小偏转角度不小于45°，当裂纹缺陷深度d满足0<d≤1.2mm时，采用激光同轴同步送粉法对待修复区的型腔表面进行单层熔覆，单层熔覆的厚度为2mm(机加余量至少留0.8mm)，熔覆结束将模具加热至400℃保温缓冷至室温。优选的，在步骤(g)中，执行程序通过机器人和变位机的联动操作，使激光熔覆加工头始终保持垂直于模具型腔面，加工头相对于基准面最小偏转角度不小于45°，当裂纹缺陷深度d满足1.2<d≤3.2mm时，采用激光同轴同步送粉法对待修复区的型腔表面进行双层熔覆，双层熔覆的厚度为4mm(机加余量至少留0.8mm)，熔覆第一层结束后对修复过的模具加热至400℃后熔覆第二层，双层熔覆结束后将模具加热至400℃保温缓冷至室温。
优选的，在步骤(g)中，执行程序通过机器人和变位机的联动操作，使激光熔覆加工头始终保持垂直于模具型腔面，加工头相对于基准面最小偏转角度不小于45°，当裂纹缺陷深度d满足3.2<d≤5.2mm时，采用激光同轴同步送粉法对待修复区的型腔表面进行三层熔覆，三层熔覆的厚度为6mm(机加余量至少留0.8mm)，熔覆第一层结束后对修复过的模具加热至400℃后熔覆第二层，双层熔覆结束后将模具加热至400℃熔覆第三层，三层熔覆结束后将模具加热至400℃保温缓冷至室温。
更优选的，单层熔覆时，使用合金粉末组分及重量百分比含量为C:1.98％，Cr：47.4％，Ni：7.79％，Mn：0.91％，Si：1.15％，B：2.1％，Mo：1.5％，W：1.84％，V：0.60％。
更优选的，双层熔覆时，顶层使用的合金粉末组分及重量百分比含量为C:1.98％，Cr:47.4％，Ni:7.79％，Mn:0.91％，Si:1.15％，B:2.1％，Mo:1.5％，W:1.84％，V:0.60％，其余为Fe。底层使用的合金粉末组分及重量百分比含量为C:1.80％，Cr:46.1％，Ni:10.36％，Mn:0.90％，Si:1.13％，B:1.8％，Mo:1.3％，W:1.54％，V:0.30％，其余为Fe。
更优选的，三层熔覆时，中间层及顶层使用的合金粉末组分及重量百分比含量为C:1.98％，Cr:47.4％，Ni:7.79％，Mn:0.91％，Si:1.15％，B:2.1％，Mo:1.5％，W:1.84％，V:0.60％，其余为Fe。底层使用的合金粉末组分及重量百分比含量为C:1.80％，Cr:46.1％，Ni:10.36％，Mn:0.90％，Si:1.13％，B:1.8％，Mo:1.3％，W:1.54％，V:0.30％，其余为Fe。
优选的，在步骤(g)中，加工头方向与基准面垂直，送粉量为15g/min，载气量为6.0L/min，扫描速度为12mm/s，激光功率为2100W，激光光斑大小为3mm，多道搭接率为40％。
优选的，在步骤(g)中，加工头相对于基准平面偏转度达到60°，送粉量为20g/min，载气量为7.0L/min，扫描速度为10mm/s，激光功率为2300W，激光光斑大小为3mm，多道搭接率为35％。
优选的，在步骤(g)中，加工头相对于基准平面偏转度达到45°，送粉量为25g/min，载气量为7.0L/min，扫描速度为8mm/s，激光功率为2500W，激光光斑大小为3mm，多道搭接率为30％。
优选的，粉末输送载气和熔池保护气使用的气体为纯氩气(纯度99.9％～99.99％)。
优选的，激光熔覆工艺采用的激光器为半导体激光器。
与现有技术相比，本发明的优点是：
(1)本发明通过较低的成本使失效模具得以修复，让其重新投入使用，有利于降低生产成本，节约资源。(2)采用激光同轴同步送粉法熔覆模具修复工艺，激光本身能量稳定，对基材热影响区较小又是清洁加工环保，而且熔覆修复层组织细密，微观缺陷少零件修复后不会产生变形，解决了许多常规方法无法加工和很难加工的问题，可对工件的实现快速修复易实现自动化极大地提高了生产效率和加工质量。
附图说明
图1为本发明所述修复模具工艺的具体流程过程示意图。
图2是本发明激光加工过程中的具体操作示意图。
图3(a)和(b)是对于裂纹缺陷深度不超过1.2mm的且无坡度修复件的修复路径规划工艺示意图，(a)主视图和(b)左视图。
是图3(c)和(d)是对于裂纹缺陷深度超过1.2mm不超过3.2mm的且带有一定坡度修复件的修复路径规划工艺示意图；(c)主视图和(d)左视图。
图4为模具修复层与模具结合处的金相图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
激光熔覆技术具有较低的稀释率、热输入量小、对原有基材的组织影响较小、模具变形量小并且熔覆层与基材的结合面是具有高强度的冶金结合等优点，可弥补传统模具修复方式的不足。通过导入模具修复区的模型数据，利用计算机编程规划修复路径，采用激光熔覆同轴同步送粉熔覆的方式可对模具进行精确的修复，可实现自动化生产且修复后可直接上线使用，修复品可达到新品性能的80％大大缩短了修复周期和降低了维护成本。
结合图1，本发明所述的激光同轴同步送粉法熔覆模具修复工艺，包括：
S1：对已失效的模具损坏情况进行评估，确定失效模具待修复区域。
S2：对待修复区域表面进行处理，采用机械加工的方式去除表面存在的氧化皮及疲劳层。
S3：对待修复区域进行第一次探伤，采用磁粉探伤和超声波无损探伤仪对处理后的待修复区域表面分别进行表面和内部探伤，若探伤结果显示无裂纹缺陷则进入S4否则重新执行S1。
S4：对模具待修复区域进行实体扫描或对待修复区域测量软件绘制建立三维模型。
S5：根据待修复区域三维模型使用Roobtmaster软件进行激光熔覆过程的扫描路径规划并进行实际的熔覆扫描路径模拟，避免修复过程中加工头出现干涉及碰撞等情况。
S6：对修复区域进行清洁包括除去表面探伤剂、耦合剂等残留物及浮锈，确保型腔表面清洁干燥；熔覆修复用铁基自熔性合金粉末预先进行烘干处理；待修模具工位固定后进行预热温度为400℃，达到此温度以上即可进行修复工作即执行S7。
S7：执行S5中已规划熔覆修复扫描路径的程序采用激光同轴同步送粉法对待修复区的型腔表面进行熔覆，使用的熔覆粉末为铁基自熔性合金粉末，其中激光加工参数为：激光功率为2100～2500W，激光光斑大小为3mm，送粉量为15～25g/min，激光扫描速度为10～12mm/s，粉末输送方式为气载式输送，载气量为6.0～9.0L/min，熔池保护气的气流量为10L/min，粉末汇聚点与光斑重合距加工头高度为30mm，多道搭接率为30～40％。程序执行通过机器人和变位机联动使激光熔覆加工头始终保持垂直于模具型腔面，加工头相对于基准面最小偏转角度不小于45°；
当裂纹缺陷深度d满足0<d≤1.2mm时，采用激光同轴同步送粉法对待修复区的型腔表面进行单层熔覆，单层熔覆的厚度为2mm(机加余量至少留0.8mm)，熔覆结束将模具加热至400℃保温缓冷至室温，熔覆层使用的合金粉末组分及重量百分比含量为C:1.98％，Cr:47.4％，Ni:7.79％，Mn:0.91％，Si:1.15％，B:2.1％，Mo:1.5％，W:1.84％，V:0.60％。
当裂纹缺陷深度d满足1.2<d≤3.2mm时，考虑到机加工预留的余量以及熔覆层表层组织容易产生气孔等缺陷为确保熔覆层的质量，采用激光同轴同步送粉法对待修复区的型腔表面进行双层熔覆，双层熔覆的厚度为4mm(机加余量至少留0.8mm)，熔覆第一层结束后对修复过的模具加热至400℃后熔覆第二层，双层熔覆结束后将模具加热至400℃保温缓冷至室温，熔覆层的顶层使用的合金粉末组分及重量百分比含量为C:1.98％，Cr:47.4％，Ni:7.79％，Mn:0.91％，Si:1.15％，B:2.1％，Mo:1.5％，W:1.84％，V:0.60％，其余为Fe。熔覆层的底层使用的合金粉末组分及重量百分比含量为C:1.80％，Cr:46.1％，Ni:10.36％，Mn:0.90％，Si：1.13％，B:1.8％，Mo:1.3％，W:1.54％，V:0.30％，其余为Fe。
当裂纹缺陷深度d满足3.2<d≤5.2mm时，考虑到机加工预留的余量以及熔覆层表层组织容易产生气孔等缺陷为确保熔覆层的质量，采用激光同轴同步送粉法对待修复区的型腔表面进行三层熔覆，三层熔覆的厚度为6mm(机加余量至少留0.8mm)，熔覆第一层结束后对修复过的模具加热至400℃后熔覆第二层，双层熔覆结束后将模具加热至400℃熔覆第三层，三层熔覆结束后将模具加热至400℃保温缓冷至室温，熔覆层的层数最多不超过3层，一旦超过三层，修复区域容易出现裂纹。熔覆层的中间层及顶层使用的合金粉末组分及重量百分比含量为C:1.98％，Cr：47.4％，Ni：7.79％，Mn：0.91％，Si：1.15％，B：2.1％，Mo：1.5％，W：1.84％，V：0.60％，其余为Fe。熔覆层的底层使用的合金粉末组分及重量百分比含量为C：1.80％，Cr：46.1％，Ni：10.36％，Mn：0.90％，Si：1.13％，B：1.8％，Mo：1.3％，W：1.54％，V：0.30％，其余为Fe。
单层熔覆或多层熔覆的激光加工工艺是相同的，但是熔覆多层时最底层使用的合金粉末成分和中间层、顶层是不一样的。多层熔覆时底层的制备的熔覆层硬度低于中间层和耐磨层，目的是防止各熔覆层间线膨胀系数差别过大而引起涂层开裂。
多层熔覆时，第一层熔覆结束后，不进行机加工，直接加热并开始第二层的熔覆，……直至熔覆总厚度达标后，再机工去除多余的高度。
S8：加工头方向与基准面垂直(如图2a)，送粉量为15g/min，载气量为6.0L/min，扫描速度为12mm/s，激光功率为2100W，激光光斑大小为3mm，多道搭接率为40％。
S9：加工头相对于基准平面偏转度达到60°(如图2b)，送粉量为20g/min，载气量为7.0L/min，扫描速度为10mm/s，激光功率为2300W，激光光斑大小为3mm，多道搭接率为35％。
S10：加工头相对于基准平面偏转度达到45°(如图2c)，送粉量为25g/min，载气量为7.0L/min，扫描速度为8mm/s，激光功率为2500W，激光光斑大小为3mm，多道搭接率为30％。
S11：修复结束后将修复后的模具放入保温箱内，让其缓冷至室温；
S12：对熔覆修复后的模具表面进行机加处理达到图纸要求的尺寸及粗糙度。
S13：对修复机加工后的模具型腔进行第二次探伤，采用磁粉探伤和超声波无损探伤仪对处理后的待修复区域表面分别进行表面和内部探伤，若探伤结果显示无裂纹缺陷则为合格品，否则重新开始执行S1。
经过上述工艺获得的熔覆层的组织致密、均匀同时无修复层无孔洞、夹杂物，模具修复再制造件结合强度高达到冶金结合，模具尺寸和使用性能达到恢复可达到新品的80％。
下面列举具体工艺参数，进一步说明。
实施例1
本实施例以5CrNiMo热作模具表面微裂纹实施对象且表面与基准面重合的情况下裂纹或缺陷深度1mm。
第一步，对已失效的模具损坏情况进行评估，确定失效模具待修复区域。对待修复区域表面进行处理，采用机械加工的方式去除表面存在的氧化皮及疲劳层，并将有裂纹的地方加工出坡口，坡口角度为45°。
第二步，进行第一次探伤，采用磁粉探伤和超声波无损探伤仪对处理后的待修复区域表面分别进行表面和内部探伤，若探伤结果显示无裂纹缺陷则进入第三步，否则重新执行第一步；合格品清除表面探伤剂、耦合剂等杂质确保型腔表面清洁；同时根据模具的实体模型编写型腔修复轨迹程序并进行路径规划。路径规划如图3a或图3b，但路径规划方式不限于此。
第三步，熔覆材料烘干处理、待修模具工位固定后进行预热温度；当温度达到400℃时停止预热。
第四步，执行编写模具修复程序进行修复，采用激光同轴同步送粉法对待修复区的型腔表面进行单层熔覆，厚度为2mm，送粉量为15g/min，载气量为6.0L/min，扫描速度为12mm/s，激光功率为2100W，激光光斑大小为3mm，多道搭接率为40％。使用的合金粉末为铁基合金粉末组分，以重量百分比含量计，包括C:1.98％，Cr：47.4％，Ni：7.79％，Mn：0.91％，Si：1.15％，B：2.1％，Mo：1.5％，W：1.84％，V：0.60％，其余为Fe。
第五步，对修复的模具进行加热，加热至400℃保温缓冷至室温后，按图纸机加工所需要的尺寸和精度。
第六步，进行第二次探伤，采用磁粉探伤和超声波无损探伤仪对处理后的待修复区域表面分别进行表面和内部探伤，若探伤结果显示无裂纹缺陷则为合格品，否则返回重新执行第一步。
第七步，经过上述工艺获得的熔覆层的组织致密、均匀同时无修复层无孔洞、夹杂物等。模具修复再制造件结合强度高达到冶金结合(图4)，模具尺寸和使用性能达到恢复可达到新品的80％。
实施例2
本实施例以5CrNiMo热作模具表面微裂纹实施对象且表面与基准面存在夹角(激光头与基准面偏转角度为(60～90°)的情况下裂纹或缺陷深度2mm。
第一步，对已失效的模具损坏情况进行评估，确定失效模具待修复区域。对待修复区域表面进行处理，采用机械加工的方式去除表面存在的氧化皮及疲劳层，并将有裂纹的地方加工出坡口，坡口角度为45°。
第二步，用渗透探伤和超声波无损探伤分别进行表面和内部裂纹等缺陷探伤，采用磁粉探伤和超声波无损探伤仪对处理后的待修复区域表面分别进行表面和内部探伤，若探伤结果显示无裂纹缺陷则进入第三步，否则重新执行第一步；清除表面探伤剂、耦合剂等杂质确保型腔表面清洁；同时根据模具的实体模型编写型腔修复轨迹程序并进行路径规划。路径规划如图3c或图3d，但路径规划方式不限于此。
第三步，熔覆材料烘干处理、待修模具工位固定后进行预热温度；当温度达到500℃时停止预热。
第四步，执行编写模具修复程序进行双层修复，采用激光同轴同步送粉法对待修复区的型腔表面进行双层熔覆，熔覆第一层时，厚度为2mm，送粉量为15g/min，载气量为6.0L/min，扫描速度为12mm/s，激光功率为2100W，激光光斑大小为3mm，多道搭接率为40％。底层(第一层)使用的合金粉末组分及重量百分比含量为：C:1.80％，Cr:46.1％，Ni:10.36％，Mn:0.90％，Si:1.13％，B:1.8％，Mo:1.3％，W:1.54％，V:0.30％，其余为Fe。熔覆第二层时，厚度为2mm，对修复的模具进行加热，加热至400℃后执行程序，送粉量为15g/min，载气量为6.0L/min，扫描速度为12mm/s，激光功率为2100W，激光光斑大小为3mm，多道搭接率为40％。顶层(第二层)使用的合金粉末为铁基合金粉末组分及重量百分比含量为：C:1.98％，Cr:47.4％，Ni:7.79％，Mn:0.91％，Si:1.15％，B:2.1％，Mo:1.5％，W:1.84％，V:0.60％，其余为Fe。
第五步，对修复的模具进行加热，加热至400℃保温缓冷至室温后，按图纸机加工所需要的尺寸和精度。
第六步，进行第二次探伤采用磁粉探伤和超声波无损探伤仪对处理后的待修复区域表面分别进行表面和内部探伤，若探伤结果显示无裂纹缺陷则为合格品，否则返回重新执行第一步。
第八步，经过上述工艺获得的熔覆层的组织致密、均匀同时无修复层无孔洞、夹杂物等。模具修复再制造件结合强度高达到冶金结合(图4)，模具尺寸和使用性能达到恢复可达到新品的80％。
虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。
Claims (7)
1.采用激光同轴同步送粉法熔覆模具修复工艺，其特征在于，包括如下步骤：
(a)对已失效的模具损坏情况进行评估，确定失效模具待修复区域；
(b)对待修复区域表面进行处理，采用机械加工的方式去除表面存在的氧化皮及疲劳层；
(c)对待修复区域进行第一次探伤，采用磁粉探伤和超声波无损探伤仪对待修复区域表面分别进行表面和内部探伤，若探伤结果显示无裂纹缺陷则进入下一步骤(d)否则重新执行步骤(a)；
(d)对待修复区域进行实体扫描或对待修复区域通过测量软件绘制建立三维模型；
(e)根据待修复区域三维模型进行激光熔覆过程的扫描路径规划，并进行实际熔覆扫描路径模拟；
(f)对修复区域进行清洁，确保型腔表面清洁干燥；对熔覆修复所用铁基自熔性合金粉末进行干燥处理；待修模具工位固定后进行预热温度为400±20℃，达到400℃以上即可进行修复工作即执行下一步骤(g)；
(g)执行步骤(e)中已规划的熔覆修复扫描路径程序，以铁基自熔性合金粉末作为熔覆粉末，采用激光同轴同步送粉法对待修复区的型腔表面进行熔覆，其中激光加工参数为：激光功率为2100～2500W，激光光斑大小为3～5mm，送粉量为15～25g/min，激光扫描速度为10～12mm/s，粉末输送方式为气载式输送，载气量为6.0～9.0L/min，熔池保护气的气流量为10L/min，粉末汇聚点与光斑重合距加工头高度为30mm，多道搭接率为30～40％；
其中，执行程序通过机器人和变位机的联动操作，使激光熔覆加工头始终保持垂直于模具型腔面，加工头相对于基准面最小偏转角度不小于45°，当裂纹缺陷深度d满足1.2<d≤3.2mm时，采用激光同轴同步送粉法对待修复区的型腔表面进行双层熔覆，双层熔覆的厚度为4mm，熔覆第一层结束后对修复过的模具加热至400℃后熔覆第二层，双层熔覆结束后将模具加热至400℃保温缓冷至室温；并且，双层熔覆时，第二次使用的合金粉末组分及重量百分比含量为C:1.98％，Cr:47.4％，Ni:7.79％，Mn:0.91％，Si:1.15％，B:2.1％，Mo:1.5％，W:1.84％，V:0.60％，其余为Fe；第一层使用的合金粉末组分及重量百分比含量为C:1.80％，Cr:46.1％，Ni:10.36％，Mn:0.90％，Si:1.13％，B:1.8％，Mo:1.3％，W:1.54％，V:0.30％，其余为Fe；
(h)修熔覆复结束后，将修复后模具放入保温箱内，让其缓冷至室温；
(i)对修复后模具表面进行机加处理达到图纸要求的尺寸及粗糙度；
(j)对机加处理后的模具型腔进行第二次探伤，采用磁粉探伤和超声波无损探伤仪对机加处理后的待修复区域分别进行表面和内部探伤，若探伤结果显示无裂纹缺陷则为合格品，否则重新返回执行步骤(a)。
2.如权利要求1所述的工艺，其特征在于，在步骤(g)中，执行程序通过机器人和变位机的联动操作，使激光熔覆加工头始终保持垂直于模具型腔面，加工头相对于基准面最小偏转角度不小于45°，当裂纹缺陷深度d满足0<d≤1.2mm时，采用激光同轴同步送粉法对待修复区的型腔表面进行单层熔覆，单层熔覆的厚度为2mm，熔覆结束将模具加热至400℃保温缓冷至室温。
3.如权利要求1所述的工艺，其特征在于，在步骤(g)中，执行程序通过机器人和变位机的联动操作，使激光熔覆加工头始终保持垂直于模具型腔面，加工头相对于基准面最小偏转角度不小于45°，当裂纹缺陷深度d满足3.2<d≤5.2mm时，采用激光同轴同步送粉法对待修复区的型腔表面进行三层熔覆，三层熔覆的厚度为6mm，熔覆第一层结束后对修复过的模具加热至400℃后熔覆第二层，双层熔覆结束后将模具加热至400℃熔覆第三层，三层熔覆结束后将模具加热至400℃保温缓冷至室温。
4.如权利要求3所述的工艺，其特征在于，三层熔覆时，第二层和第三层使用的合金粉末组分及重量百分比含量为C:1.98％，Cr:47.4％，Ni:7.79％，Mn:0.91％，Si:1.15％，B:2.1％，Mo:1.5％，W:1.84％，V:0.60％，其余为Fe；第一层使用的合金粉末组分及重量百分比含量为C:1.80％，Cr:46.1％，Ni:10.36％，Mn:0.90％，Si:1.13％，B:1.8％，Mo:1.3％，W:1.54％，V:0.30％，其余为Fe。
5.如权利要求1所述的工艺，其特征在于，在步骤(g)中，加工头方向与基准面垂直，送粉量为15g/min，载气量为6.0L/min，扫描速度为12mm/s，激光功率为2100W，激光光斑大小为3mm，多道搭接率为40％。
6.如权利要求1所述的工艺，其特征在于，在步骤(g)中，加工头相对于基准平面偏转度达到60°，送粉量为20g/min，载气量为7.0L/min，扫描速度为10mm/s，激光功率为2300W，激光光斑大小为3mm，多道搭接率为35％。
7.如权利要求1所述的工艺，其特征在于，在步骤(g)中，加工头相对于基准平面偏转度达到45°，送粉量为25g/min，载气量为7.0L/min，扫描速度为8mm/s，激光功率为2500W，激光光斑大小为3mm，多道搭接率为30％。
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| CN111058040A (zh) * | 2020-01-16 | 2020-04-24 | 南京航空航天大学 | 一种Invar合金模具不规则曲面的激光熔覆修复设备与方法 |
| CN113913807A (zh) * | 2020-07-10 | 2022-01-11 | 丹阳宏图激光科技有限公司 | 一种cta压力过滤机转鼓激光修复方法 |
| CN112226756A (zh) * | 2020-08-04 | 2021-01-15 | 沈阳工业大学 | 一种基于激光熔覆的机床主轴再制造方法 |
| CN111922623A (zh) * | 2020-08-07 | 2020-11-13 | 和县卜集振兴标准件厂 | 一种锌基合金冲压模具的养护方法 |
| CN112210774A (zh) * | 2020-08-07 | 2021-01-12 | 沈阳工业大学 | 一种机床失效齿轮的激光熔覆修复方法 |
| CN112589105B (zh) * | 2020-12-08 | 2023-04-07 | 首钢集团有限公司 | 一种冷轧支承辊的修复方法 |
| CN112548104B (zh) * | 2020-12-23 | 2021-10-12 | 长沙理工大学 | 一种降低模具钢激光增材修复过程中热裂敏感性的方法 |
| CN112538626B (zh) * | 2020-12-23 | 2022-03-22 | 佛山科学技术学院 | 一种模具钢激光增材修复与表面合金化改性方法 |
| CN114762897A (zh) * | 2020-12-31 | 2022-07-19 | 中国科学院沈阳自动化研究所 | 一种注塑模具钢表面小厚度缺陷的激光增材异质合金修复方法 |
| CN112877689A (zh) * | 2021-02-08 | 2021-06-01 | 浙江工业大学 | 一种激光熔覆头全角度姿态修复金属零件表面缺陷的工艺 |
| CN113194613A (zh) * | 2021-04-30 | 2021-07-30 | 广东工业大学 | 一种pcb板的修复方法 |
| CN113290257B (zh) * | 2021-05-31 | 2022-11-29 | 南京中科煜宸激光技术有限公司 | 同一光斑异种材料同步分区送粉激光熔覆方法 |
| CN113245551B (zh) * | 2021-06-10 | 2021-10-01 | 北京煜鼎增材制造研究院有限公司 | 一种300m钢飞机起落架激光增材修复方法 |
| CN113427007A (zh) * | 2021-06-25 | 2021-09-24 | 中国航空制造技术研究院 | 一种超声振动同轴气载送粉激光熔覆的方法 |
| TWI837508B (zh) | 2021-09-07 | 2024-04-01 | 財團法人工業技術研究院 | 具有含有硼碳化合物的鋁基合金層的複合結構及其製造方法 |
| CN113774378A (zh) * | 2021-09-08 | 2021-12-10 | 陕煤集团神南产业发展有限公司 | 一种煤矿耐磨齿板的复合熔覆再制造方法 |
| CN113878119A (zh) * | 2021-09-18 | 2022-01-04 | 航发优材(镇江)增材制造有限公司 | 一种高铁用密接车钩磨损的激光直接沉积修复方法 |
| CN114310206A (zh) * | 2021-12-09 | 2022-04-12 | 宁夏银星能源股份有限公司 | 面向风电齿轮的激光再制造方法及系统 |
| CN114559062B (zh) * | 2022-03-04 | 2023-06-16 | 中国长江三峡集团有限公司 | 一种可自动识别的激光熔覆-机加工一体化耐蚀螺栓制备平台及方法 |
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| CN115772668B (zh) * | 2022-12-09 | 2024-05-14 | 江苏智远激光装备科技有限公司 | 一种风电滑动轴激光熔覆工艺 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103255412A (zh) * | 2012-02-17 | 2013-08-21 | 沈阳新松机器人自动化股份有限公司 | 一种用于轧辊工作面的激光熔覆高硬度材料的工艺方法 |
| CN103909378A (zh) * | 2014-04-08 | 2014-07-09 | 苏州天弘激光股份有限公司 | 一种球磨机正变位大模数齿轮光纤激光再制造工艺 |
Family Cites Families (5)
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|---|---|---|---|---|
| CN101787529A (zh) * | 2010-03-18 | 2010-07-28 | 安徽米特吉激光科技有限公司 | 一种飞机发动机缸体的激光修复方法 |
| CN101922006A (zh) * | 2010-08-07 | 2010-12-22 | 甘肃景程光电技术有限公司 | 内燃机曲轴激光熔覆修复工艺 |
| CN103938208B (zh) * | 2014-04-24 | 2016-01-20 | 辽宁工业大学 | Q235d激光单道熔覆工艺方法 |
| CN104651832B (zh) * | 2015-03-13 | 2017-04-19 | 苏州大学 | 用于大型金属零件的表面修复工艺 |
| CN108060417A (zh) * | 2016-11-07 | 2018-05-22 | 东台精机股份有限公司 | 粉末积层制造的检测修补装置及其方法 |
-
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Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103255412A (zh) * | 2012-02-17 | 2013-08-21 | 沈阳新松机器人自动化股份有限公司 | 一种用于轧辊工作面的激光熔覆高硬度材料的工艺方法 |
| CN103909378A (zh) * | 2014-04-08 | 2014-07-09 | 苏州天弘激光股份有限公司 | 一种球磨机正变位大模数齿轮光纤激光再制造工艺 |
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